La société de conseil Alcimed dresse l’état des lieux des solutions existantes pour améliorer l’efficacité énergétique des transformateurs électriques de distribution qui représentent plus du tiers de ces pertes.
L’Union européenne s’est engagée à augmenter son efficacité énergétique de 20% d’ici à 2020. Dans ce cadre, les transformateurs électriques[1] sont considérés comme un des produits clés à cibler, puisque les pertes associées aux 4,6 millions d’unités installées en Europe représentent 33 TWh/an.
« Le potentiel d’économie d’énergie lié à ce type d’équipement à travers le monde est considérable. En Europe seulement, on estime que l’équivalent de plus de deux réacteurs nucléaires pourrait être économisé avec des technologies déjà éprouvées », explique Jean-Philippe Tridant-Bel, Directeur de l’activité Energie chez Alcimed.
L’Union européenne a d’ailleurs sélectionné les transformateurs électriques dans la liste des 10 produits prioritaires devant être réglementés pendant la période 2009-2011.
Plusieurs possibilités existent pour diminuer leurs pertes :
- Utiliser des systèmes de récupération de la chaleur émise par les transformateurs,
- Déployer des technologies de réseaux intelligents afin de contourner les transformateurs lors des creux de demande d’électricité,
- Améliorer les matériaux utilisés pour confectionner le noyau des transformateurs.
C’est cette dernière méthode qui semble susciter aujourd’hui le plus d’engouement. Les regards se tournent en particulier vers l’acier amorphe, une technologie dont l’énorme potentiel est largement reconnu à travers le monde.
L’acier amorphe : un fort potentiel
L’acier ou tôle amorphe a d’abord été utilisé à grande échelle aux Etats-Unis dans les années 80. Cependant, le marché a disparu à la suite de la dérégulation du marché américain de l’énergie à la fin des années 90. Le Japon l’a adopté peu après. Depuis, les principales zones de croissance sont situées en Chine et en Inde.
En tout, ce sont plus de 2 millions de transformateurs à noyaux amorphes qui ont été installés dans le monde. Pour autant, ils ne représentent aujourd’hui que 5% du marché annuel mondial et peinent à se développer, en particulier en Europe.
L’Europe se pose donc la question de son adoption et, à l’heure où les premières commandes à grande échelle sont en cours d’implémentation sur le continent, plusieurs paramètres décideront de l’avenir de noyaux de transformateur en acier amorphe.
L‘acier amorphe est plus cher à l’investissement que les technologies conventionnelles mais il permet de réaliser des économies grâce à l’énergie sauvée. Par conséquent, plus les pertes énergétiques seront considérées coûteuses, plus les noyaux amorphes seront jugés intéressants économiquement. L’évaluation du coût des pertes dépend de facteurs locaux tels que le coût de l’énergie, la durée de vie des transformateurs ou les taux de retour sur investissement attendus par chaque énergéticien.
Pour compléter l’intérêt technico-économique, cette technologie devra également s’adapter aux exigences européennes en termes de bruit, de taille et de poids, qui peuvent être différentes des zones asiatiques où la technologie se développe aujourd’hui.
Les derniers challenges sont industriels. En effet, le développement des transformateurs en acier amorphe repose, en aval, sur la capacité des industriels de la filière européenne à acquérir le savoir-faire nécessaire à leur construction et à adapter l’outil industriel continental. Les producteurs amont devront également rassurer sur leur capacité à fournir la matière première en quantité suffisante pour éviter tout risque de pénurie.
« La compétition entre l’acier amorphe et le plus conventionnel acier à grain orienté est en train de se mettre en place. Les institutions européennes peuvent jouer un rôle important : une forte baisse des performances énergétiques minimales autorisées pourrait favoriser la technologie amorphe, qui n’a pas d’équivalent aujourd’hui à ce niveau », souligne Alexandre Graët, consultant chez Alcimed.
[1] Un transformateur électrique convertit les valeurs de tension et d’intensité du courant délivrées par une source d’énergie électrique alternative. Les transformateurs en charge de la distribution électrique sont donc utilisés pour convertir l’électricité haute ou moyenne tension en énergie basse tension utilisée au niveau des prises électriques finales.
Un transformateur est composé schématiquement de noyaux magnétiques entourés de différentes bobines métalliques, au sein d’un abri en charge de la protection et du refroidissement du système. L’énergie est transférée du bobinage primaire au bobinage secondaire par l’intermédiaire du circuit magnétique que constituent les noyaux du transformateur.
Les transformateurs électriques possèdent en fait des rendements très élevés, mais l’ensemble de l’électricité mondiale transitant par ces appareils, tout gain en efficacité énergétique, aussi mineur soit-il, implique des économies majeures.
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Il faudrait passer à un mode de production décentralisé où la production soit plus proche du consommateur pour éviter ces pertes en ligne. Mais peut-être que ce n’est pas faisable pour produire une quantité d’électricité équivalente à celle réellement utilisée aujourd’hui ? Le problème est aussi que la consommation n’est pas stable, et que la production doit pouvoir s’adapter, mais peut-être que c’est plus facile à gérer lorsque la production est décentralisée ?
On limiterait fortement le gaspillage des pertes en ligne en ne faisant pas faire le détour par l’électricité d’une énergie renouvelable comme le solaire thermique quand elle va être utilisée principalement pour le chauffage ou la climatisation, dans des installations de proximité immédiate… D’accord aussi sur le principe avancé par SSEBB de décentraliser la production au plus près de la consommation, à condition que ce ne soit pas un prétexte pour dissséminer de nouvelles centrales nucléaires… Il faut d’ailleurs rappeler que si on récupérait beaucoup plus de la chaleur gaspillée par toutes les centrales thermiques pour des installations de chauffage ou de climatisation à proximité on pourrait également réduire la consommation d’électricité et donc les pertes en ligne… et en commençant par là on réduirait probablement le coût de changement des transformateurs préconisé par Alcimed en agissant seulement sur un gros tiers de l’origine des pertes sur les réseaux d’électricité…
Petite remarque complémentaire sur votre post. La production decentralisée est effectivement une solution qui va se developper fortement, mais les difficultées vont au delà de la fluctuabilité des apports (déjà bien compliqué à gérer). On peut également citer un impact assez important sur le dimensionement des dispositifs de protection dans les réseaux de distribution (quand on ajoute des unités de production sur ces réseaux), la necessité de developper des réseaux intelligents pour mieux connaitre la production (et créer des « Centrales Virtuelles » (=regroupement de plusieurs unités de prod + capacité de stockage, le tout géré par une entité qui envoie une production régulée sur le réseau comme le ferait une seule centrale « classique »)), etc. Citons aussi des problèmes économiques (par exemple, si la moitié d’un réseau de distrib est alimenté en generation distribuée, les interconections avec le réseau de transmission doivent elles pouvoir fournir ~100% (back up) : qui paye le sur-dimensionement? les producteurs, tout le monde?) Des beaux changements en perspective donc 🙂
D’accord avec sseb et timhinch! A la politique de production d’énergie centralisée qui règne en Europe et dans le monde (plus facile à gérer pour les gestionnaires de réseaux notamment), s’oppose la vision décentralisée plus compliquée à gérer par les politiques et les grandes entreprises type EDF / RTE, mais qui pourrait bien être la solution à moyen terme. La production proche de la consommation pourrait d’ailleurs inciter le consommateur à être plus économe en énergie s’il sait d’où vient son électricité (naif?), et si son coût augmente en fonction de la quantité consommée (réaliste… plus juste?). L’énergie la plus verte est celle que l’on ne consommera pas, bien sûr!… D’accord avec toi timhinch, le concept de centrales virtuel est très intéressant également et l’Allemagne l’ a montré avec le projet très intéressant « Kombikraftwerk » qui est en passe de s’étendre à toute une région autosuffisante: (site officiel en allemand), (résumé en francais). Le seul hic, la nécessité de stockage de l’énergie… peut être en cours de résolution pour certaines région riche en soleil (micro/mini-centrales solaire thermique à concentration avec stockage par sels fondus, béton et/ou matériaux à changement de phase), celles dotées de bonne resources en biomasse (stockage biogas possible). Les solutions existent, les challenges techniques sont néanmoins existants, mais ca sert à employer des gens, payer des thèses de recherche, et faire aller le soit disant progrès technologique dans le bon sens!!!
Merci pour le lien, et qui sait, je ferais peut-être une thèse chez eux dans quelques mois… 🙂